酚酞聚醚酮分离膜材料的制备与表征

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酚酞聚醚酮(PEK-NH)具有良好的机械性能、耐热性和化学稳定性。因为聚合物中存在NH基团,可以接枝烷基基团、环氧基团等,可用于气体分离和胶黏剂等领域。本论文以酚酞聚醚酮材料在分离膜领域的应用为研究目标,通过研究单体和PEK-NH聚合物合成条件、研究超滤膜制膜工艺,制备基于PEK-NH超滤膜的纳滤/反渗透膜。通过PEK-NH接枝制备阴阳离子交换膜材料QPEK和SPEK,然后由QPEK和SPEK制备了电渗析双极膜。设计制备了含氰基磺化聚苯醚酮质子交换膜,并讨论了不同结构与膜性能的关系。主要包含以下几方面内容:  1.我们首先用含NH官能团的双酚单体与4,4-二氟二苯酮聚合,制备了酚酞聚醚酮聚合物,并表征了其力学性能和分子量。然后用相转化法制备了超滤膜,通过调节固含量和添加剂等条件考察了对超滤膜形貌和性能的影响,用扫描电镜表征了超滤膜的截面形貌,并与聚砜超滤膜进行了对比。还考察了PEK-NH膜作为支撑底膜,膜的表面能和抗压性能,制备了纳滤和反渗透复合膜并测试性能。  2.采用叔丁醇钾或氢氧化钾条件,将丙磺酸内酯或溴代季铵盐与聚合物的NH官能团反应,将季铵盐/磺酸侧链引入酚酞聚醚酮,制备了含有季铵化/磺化脂肪侧链的酚酞聚醚酮QPEK和SPEK。我们用流延机制均质膜的方法,通过调节固含量、刀隙等条件控制膜的厚度,得到的侧链型阴阳离子交换膜具有良好的机械性能。我们测试了面电阻、离子迁移数、极限电流密度等参数,并将膜应用于电渗析中,与商品化电渗析膜进行脱盐性能的对比。我们还利用PVA作为中间层,制备了PEK双极膜并加以表征,测试了其电学性能。  3.为了提高膜的质子导电率、同时降低溶胀率,我们又设计了一种氰基集中的单体,合成了含氰基的磺化聚苯醚酮质子交换膜。由于疏水链段上集中的氰基基团与极性基团形成了氢键相互作用,得到的质子交换膜具有低的吸水率和溶胀率;同时该膜具有较高的导电率,和较好的氧化稳定性。
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